讀圖│把液氮當油使的未來發動機是如何做到高效、無汙染的?

2020-12-03 澎湃新聞

讀圖│把液氮當油使的未來發動機是如何做到高效、無汙染的?

經濟學人

2015-05-10 17:25 來源:澎湃新聞

迪門公司創始人彼得•迪門(Peter Dearman)

       當你想要冷卻一些東西時,液氮看起來是個好的開始。如果英國發明家彼得•迪門(Peter Dearman)是正確的話,液氮的冷卻作用可能比看起來更加好。迪門一直在關注液氮,他從15歲開始,便夢想著能用液氮發動機來開動摩託車。現在他64歲了,他認為他做到了,雖然不是完成最開始開車的夢想,但通過液氮來製冷比傳統方式更加省電,並且對環境的汙染更少。

       迪門的發動機有點像蒸汽、汽油或者柴油發動機。它通過加熱氣體(工作流體)膨脹驅動活塞,不同點在於其他方式常溫下開始工作,但液氮發動機則在零下196℃的時候開始工作,也就是液氮的沸點。溫度的變化引起液氮膨脹,足夠做到其他傳統方式發動機的效果,但比其他發動機做得更好。對於迪門來說,液氮發動機一直只是一個尋找應用突破的想法,但現在,他認為他已經找到市場了。液氮發動機可以取代低效、汙染嚴重的柴油動力制冷機,保持食品配送貨車的溫度。

       比起直接使用液氮發動機的存儲能量,迪門面臨的挑戰在於通過發動機,從液氮中獲得更多的製冷能力。他通過將冷卻動力一分為二來做到。首先,不同於直接將液氮注入到發動機氣缸,他的系統先通過管道使液氮沸騰,也稱為熱交換系統。該裝置連接著一個隔間來冷卻液氮,並能從隔間中將熱量吸出,傳輸到液氮中,從而將液氮變成氣體。

       整個過程能讓隔間冷卻,但不會增加液氮的溫度,溫度一直維持在在零下196℃。這是因為熱量問題,也被稱為汽化潛熱:僅改變氮的狀態,而不會讓溫度上升。冷卻後,氣態氮連同水和乙二醇的混合物噴入發動機氣缸中(見圖),即在室溫下被稱為熱傳輸液體。

       熱傳輸液體將氮氣迅速升溫,使其膨脹並驅動活塞——運行傳統的製冷迴路,並給第二個隔間提供冷卻劑。活塞再次敲擊,驅動氣體和冷卻的熱傳液體。氮被排放到空氣中,從傳統製冷迴路中獲取的熱量將推動熱傳輸液回到常溫,為下一次使用做好準備。

       比起直接使用製冷劑,這樣的雙循環能從液氮中多提取40%的製冷能力。這使得它比使用傳統柴油制冷機的卡車更具競爭力。它比柴油更為關鍵的優勢在於,它是零汙染的。空氣中78%是氮,因此空氣中再增加氮氣沒有任何區別。相反,柴油發動機驅動的制冷機則會產生微小顆粒,危害人類健康,是監管機構越來越不願意投入生產的。迪門的發動機,目前還在試驗階段,提供了一種替代選擇。如果最終能試驗通過,這個一直在他腦袋裡的想法最終將帶來蜂蜜般的效用。

       (澎湃新聞記者 王心馨 編譯) 

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